冲击碾压法快速处置粉土路基的应用研究
宋修广+李进+凡+李新蔚+张宏博摘要针对黄河冲积平原区粉土路基填受含水率影响较、难以晾晒、普通碾压技术难以压实、生产效率低特选择冲击碾压法对路基分层填筑施工。
通调整路基分层填筑厚和压实遍数进行现场冲击碾压试验检测路基表面沉降量、峰谷高差、压实及路基承力并对比分析了3种不虚铺厚粉土路基冲击压实效。
结表明表层土体压实达到或超93%压实增长曲线出现拐继续碾压对提高土体压实效影响越越较难使层底土体压实达到96%；路基填允许含水率ω围ω%≤ω≤ω+%（ω佳含水率）；推荐佳虚铺厚08 适宜冲击碾压遍数0佳碾压速0～ k·；建议把沉降量和峰谷高差作检测压实效辅助指标。
关键词冲击碾压；粉土路基；虚铺厚；含水率；压实图分类7 献标志码编67309（07）00007brrg rr ll Rvr llvl l l bgr llg lg l b r l r l rr rllg lg l r rllr r rg g bgr lr k br rllr r l k vll gr brg bgr r r vrl k l bgr r r lz rl gr rv r l gr r l r r x 93% rllg rvg r gr l gg llr l rv gr b l 96% ll r ω bgr llg b rll ω%≤ω≤ω+% （ω r ） r l vrl vg k 08 l rllg br 0 l rllg r 0 k· [] r l k vll l b kg xlr x vl K r rllr ； l bgr； vrl vg k； r ； gr0引 言沖击压实设备研究早可追溯到9世纪80年代美国、南非、瑞等国专几十年研究基础上980年南非学者b提出比较成熟冲击压路机方案。
冲击压实是以低频振幅周期性地冲击地面并辅以滚压、揉压以影响土层深处使土体密提高孔隙减形成更加稳定结构[]。
国996年开始试制台冲击压路机目前已有十余企业生产或试制成功[5]。
国公路施工冲击压实法主要用湿软性黄土地基冲击碾压处理[68]、路基尤其是填石路堤等分层填筑碾压[9]、旧沥青路及水泥路冲击碾压[0]。
徐超等[3]进行了冲击碾压消除浅层粉土地基液化研究得到了冲击碾压法消除浅层粉土地基液化施工工艺。
马万权等[]进行了冲击碾压处理含砂低液限粉土路基现场试验确定采用沉降与面波法对冲压质量进行评价。
宋荣方等[5]进行了冲击碾压法处理湿陷性黄土路基现场试验通分层填筑填压实和沉降量分析压实效。
已有成对冲击碾压法用不路基填压实效进行了研究得出了相应地区施工工艺参数而对黄河冲积平原区粉土路基施工工艺研究较少要进步研究。
山东省济东（济南—东营）高速公路济南、滨州等粉土地区取土场含水率高晾晒长有效施工期短传统压实技术难以满足工程要结合济东高速路基施工借鉴冲击碾压处置其他类路基工程验对冲击碾压法处置粉土路基效进行研究。
研究成对该地区粉土路基冲击碾压施工工艺参数确定具有良参考价值。
工程概况济东高速双向四车道高速公路设计车速0 k·地貌主要黄河冲积平原岩性以粉土、粉质黏土主。
粉土颗粒表面磨圆高粒径匀粒孔隙率高并缺乏黏土细颗粒填充使得该类土难以压实；由粉粒含量较高颗粒级配不良会表现出较显著毛细现象、抗冲刷能力差等不良工程现象因粉土作路基填使用传统压实方法较难压实。
济东高速路基基填方路基试验场地选具有代表性二标济阳某段该段填土高约 路基顶宽8 边坡坡∶5。
试验区路基填物理力学性质指标见表颗粒分配曲线见图干密8 g·3佳含水率5%。
现场试验方案试验选定5k三边形压实机两冲击轮外部宽96 轮宽90 轮隙宽6。
冲击压路机周期性地冲击地面凸行轮作用下形成峰谷峰谷影响冲击压路机行驶每冲击碾压5遍用刮平机刮平。
冲击碾压采用回错轮方式下圈碾压冲击压路机外侧轮从上圈两轮通轮迹不重叠保证下遍碾压整试验场地不漏压下遍碾压采用错轮碾压纵向错轮碾压下遍碾压波谷上遍波峰位置横向错轮碾压下遍碾压外侧冲击轮向错轮约0 横向错轮不重叠碾压直至到达路基另边完成路基横向碾压。
通纵向、横向分别错轮保证路基受到匀冲击压实不出现漏冲或冲现象错轮碾压见图。
冲压借鉴已有工程验共冲击碾压0遍若碾压质量不满足设计要再适当增加碾压遍数；初期试验控制路基填含水率ω围ω%≤ω≤ω+%（ω佳含水率）由路基填方量较含水率以碾压实测值准；碾压速控制0～ k·。
冲击碾压程对每层冲压前和冲压5050遍路基表面沉降量、峰谷高差、压实等进行检测试验还进行轻型圆锥动力触探、静力触探试验。
轻型圆锥动力触探试验随机选取0测；试验区静力触探试验选测进行测距离约0。
分层填筑路基进行压实检测每层选取3测每测竖向检测位置层顶、、层底。
3试验结与分析3压实试验结分析冲击碾压程每层、层底深是变化便统计分别用0表示测层顶、和层底深。
由表～可以看出路基不深处土体含水率随碾压遍数增加无明显变化规律不碾压遍数下含水率沿深方向无明显变化规律。
结合施工现场分析原因虚铺厚 施工正值5月份蒸发作用显著碾压0遍遭遇降雨土体含水率增继续碾压含水率降低明显故高温季节施工应及洒水使土体含水率保持合理围；虚铺厚08 施工正值月份含水率整体较试压发现翻浆现象碾压0遍遭遇降雪土体含水率增碾压0遍检测压实合设计要；虚铺厚06 施工正值月份局部土体含水率比佳含水率高5%碾压5遍局部出现了翻浆现象对翻浆区域换填采用振动压路机分层压实。
保证压实效每次不位置检测含水率导致土体含水率碾压遍数增加变化较离散性明显。
用平值表示每碾壓5遍土体整体含水率平含水率与碾压遍数关系曲线见图3。
由图3可知土体含水率随着碾压遍数增加呈显不变化趋势这主要是因受天气因素和冲击碾压作用影响。
冲击碾压产生冲击能远远普通振动压路机压实功冲击作用下含水率较土体孔隙水被排除孔隙水受挤压沿破坏面移动使土体上下层含水率趋匀。
由图3还可知土体含水率变化围上限约ω+%试验验证路基冲击碾压压实质量满足设计要。
3压实检测结分析根据试验方案设计取每层6监测压实平值表示该层压实碾压遍数与压实关系曲线如图～6所示。
由图～6可知不深处土体压实随着碾压遍数增加逐渐增前0遍碾压土体压实提高显著5遍碾压土体压实增加不明显表层局部土体出现压实降低现象。
分析原因可知表层土体压实达到或超93%不深处土体压实曲线出现拐继续碾压对提高土体压实效越越层底土体压实达到93%层底土体压实曲线接近水平上层土体压实增加较甚至出现下降趋势。
因层底土体压实达到93%增加碾压遍数对提高层底土体压实效影响有限施工效率降低济性下降。
根据规要路床区压实要96%以上路堤区要93%以上考虑济性和施工效率冲击碾压法处置粉土填土路基不适宜路床区施工宜用路堤区施工。
根据层底填压实要采用线性插值法可粗略得出满足压实要碾压遍数。
提高施工效率和济性有必要确定佳虚铺厚。
对不虚铺厚作用单位面积上压实功不单位面积压实功表明虚铺厚较可从功角确定佳虚铺厚。
假定冲击能量只作用新填筑土体上冲击轮冲击路基面简化冲击轮宽可按下式计算不虚铺厚单位面积压实功 式冲击碾压遍数；单次冲击能量5 k三边形压实机以正常工作速0～ k·工作取值5 k；L冲击轮宽5 k三边形压实机以正常工作速工作取值8。
根据公式（）计算单位面积压实功绘制单位面积压实功和虚铺厚关系曲线见图7。
虚铺厚08 单位面积压实功随虚铺厚增加而减虚铺厚08 单位面积压实功随虚铺厚增加而增这说明虚铺厚08 压实效率高且济适宜虚铺厚应08。
3沉降量检测结分析每碾压5遍对沉降量观测标高进行测量将每碾压5遍沉降量和总沉降量取算数平值。
绘制累计沉降量与碾压遍数关系曲线见图8相对沉降量与碾压遍数关系曲线见图9。
由图8可知累计沉降量随着碾压遍数增加逐渐增且增长速逐渐变缓；前5遍曲线较陡沉降量增长较快可以看做快速沉降期增加碾压遍数曲线变得平缓土体变形处渡期碾压5遍曲线逐渐接近水平沉降量变化较说明土体趋向密实土体处稳定阶段。
分析原因可知路基填筑即进行冲击碾压试验虚铺路基填土空隙较因而累计沉降量增长速较快；碾压期路基填土逐渐密实空隙减累计沉降量增速变缓；碾压期土体趋向密实累计沉降量基不再增加。
冲击碾压处置分层填筑路基土体变形可分3阶段即快速沉降期、渡期、稳定期。
由图9可知每碾压5遍相对沉降量曲线变化趋势较地对应了土体变形3阶段。
填虚铺厚0806 碾压前5遍、5遍相对沉降量占總沉降量分别5%%559%5%658%5%。
前5遍相对沉降量占总沉降量半左右土体处快速沉降期5遍相对沉降量占总沉降量5%左右表明填处稳定期。
基沉降量曲线基直线说明满足压实效少碾压遍数几遍相对沉降量与不虚铺厚呈正相关即不虚铺厚下支撑层土体变化是致。
填土路基虚铺厚06～ 通沉降量控制压实效支撑层土体变化不予考虑认沉降量主要发生压实层。
建立累计沉降量与碾压遍数和虚铺厚数学关系分析土体压实效（沉降量）。
由LB插值法得式累计沉降量。
碾压0遍计算得累计沉降量与实测沉降量相对误差03%可满足工程计算要。
压实效满足规要土体处稳定期且5遍沉降量增量不超总沉降量5%所对应碾压遍数即有效压实遍数。
由图0可知虚铺厚峰谷高差随着碾压遍数增加而减速率逐渐减至曲线接近水平。
填虚铺厚0806 5遍碾压完峰谷高差分别653 相对峰谷高差008035 5遍碾压完峰谷高差0%。
计算得路基虚铺厚0806 5遍碾压完相对峰谷高差分别00608。
可以5遍碾压完相对峰谷高差△L5LL5不超L50%作检测土体压实效辅助指标。
3承力检测结分析由试验仪器到场原因虚铺厚 进行轻型圆锥动力触探试验虚铺厚08 和06 进行静力触探试验。
3轻型圆锥动力触探试验虚铺厚 碾压遍数和锤击平次数关系曲线见图。
由图可知锤击平次数随碾压遍数增加逐渐增碾压5遍锤击平次数比碾压前提高倍。
碾压5遍锤击平次数增速随着碾压遍数增加逐渐减可见前5遍碾压冲击压实对提高锤击平次数已有显著效。
3静力触探试验采用手摇式静力触探仪触探深以触探仪受反力松动止。
由图可知碾压0遍比贯入阻力比碾压前明显增加增幅达到300%。
随着碾压遍数增加虚铺土体孔隙率减综合考虑冲击碾压0遍沉降量可以看出虚铺厚以下土体压实有所增加但增幅不。
结语（）针对黄河冲积平原区粉土路基冲击碾压能显著提高路基承力和压实填充分压缩且使用填含水率围较与普通压路机相比有明显优势。
（）表层土体压实达到或超93%不深处土体压实曲线出现拐继续碾压对提高土体压实效越越较难使下层土体压实达到96%。
考虑济性和施工效率冲击碾压法处置粉土路基不适宜用路床区宜用路堤区。
（3）推荐适用黄河冲积平原区冲击碾压法处置粉土路基工艺参数佳虚铺厚08 适宜冲击碾压遍数0遍填允许含水率围可扩ω%≤ω≤ω+%佳碾压速0～ k·。
（）根据现场试验建议以5遍碾压沉降量增量不超总沉降量5%和相对峰谷高差不超峰谷高差5%作检测压实效辅助指标。
（5）黄河冲积平原区冲击碾压法处置粉土路基佳虚铺厚和碾压速远超普通压路机施工效率高对指导黄河冲积平原区粉土路基施工有实际义。
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